KR101745883B1 - 인쇄회로기판의 광학 검사 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 인쇄회로기판의 광학 검사 장치는, 인쇄회로기판의 영상을 촬영하는 카메라와, 미리 촬영된 기준 영상을 저장하는 템플릿 저장부와, 상기 기준 영상을 기초로 상기 촬영된 영상의 기준 좌표를 설정함으로써 상기 촬영된 영상을 정렬하는 영상 정렬부와, 상기 정렬된 영상을 상기 기준 영상과 비교하여 상기 인쇄회로기판 상의 패턴의 불량 여부를 검사하는 영상 검사부를 포함한다.

Description

인쇄회로기판의 광학 검사 장치 및 방법{Apparatus and method for inspecting printed circuit boards}
본 발명은 광학 검사 장치에 관한 것으로서, 특히, 촬영된 영상의 분석을 통하여 인쇄회로기판의 불량 여부를 보다 정확하게 판단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)은 각 종 전자부품을 표면에 실장하여 최종 회로를 구성하는 기판으로 반도체, 멀티미디어 기기, 통신기기, 각종 전자제품, 자동차 등 관련 산업에서 광범위하게 사용되고 있다.
인쇄회로기판의 제조 과정을 간략히 언급하자면, 안팎으로 동을 붙인 적층판을 재료로 하여 배선 패턴 필름을 사용하여 표면을 감광성 수지막에 노광하고, 이 감광성 수지의 특성을 사용하여 동을 원하는 패턴으로 에칭하여 배선 패턴(도금 패턴)을 형성한다. 이후 프레스기를 이용하여 패턴측과 절연층을 적층하고, 패턴층간의 전기적 접속을 위해 구멍을 형성한 후, 상기 구멍을 통하여 적층된 여러 층 사이를 전기적으로 연결시킨다. 이후 공기에 접해 동이 산화하는 것을 막거나 외적인 충격으로 동이 볏겨지는 것을 막거나 금속으로 인한 쇼트 방지를 위해 포토 솔더 레지스트(PSR부, Photo-imageable Solder Resist)를 사용하여 배선 부분등을 커버한다.
이후 인쇄회로기판을 검사하는 단계가 필요한데, 이는 회로 패턴의 미세 선폭간의 간격, 회로 패턴에 대한 합선, 단락, 돌출, 패임, 변색 이물부착 및 솔더 레지스트의 외관, 이물 부착 등 각종 결합들을 검사하는 공정을 거친다.
즉, 불량 인쇄회로기판의 존재 여부를 파악하여 걸러내는 작업이 필요하다. 이 때, 인쇄회로기판의 효과적인 검사가 품질 및 생산성 향상에 관건이 되고 있고, 이에 따라 카메라 촬영을 통한 광학 검사 기법이 사용되고 있다. 그리고 인쇄회로기판의 불량을 검사하기 위한 항목으로서, 인쇄회로기판상의 도금부를 촬영하여 인쇄회로기판 층간의 전기적 연결을 위해 구멍 내부에 형성한 도금부가 제대로 이루어졌는지 여부를 검사하는 도금부 검사, 인쇄회로기판상의 포토 솔더 레지스트를 촬영하여 포토 솔더 레지스트가 솔더링이 필요 없는 회로 패턴 상에 제대로 도포되어 있는지 여부를 검사하는 PSR부 검사 및 인쇄회로기판상에 형성된 상기 구멍들을 촬영하여 상기 구멍들의 위치를 검사하는 투과 검사 등이 포함된다.
한편, 촬영된 영상으로부터 도금부, PSR부 및 구멍의 불량 여부를 구체적으로 판단하기 위해서는 상기 촬영된 영상의 분석 알고리즘이 필요하며 이러한 영상 분석 알고리즘은 다양한 방식으로 존재할 수 있다. 그러나, 특정 분석 알고리즘에 따라 인쇄회로기판 상에서 정상으로 판단되어야 할 부분이 오류라고 판단되기도 하고 오류라고 판단되어야 할 부분이 정상으로 판단되기도 한다. 이러한 문제는 오류 판단의 기준(분석 알고리즘 자체의 문제), 조명의 밝기, 촬영 영상의 기준점의 시프트, 촬영 해상도 등에 다양한 원인에 의하여 발생된다. 따라서, 영상 분석을 통한 인쇄회로기판의 오류 검사에 있어서 보다 정확하고 외부 조건(조명 등)의 변화에 강인한(robust) 알고리즘의 개발이 요구된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 인쇄회로기판의 오류 검사를 보다 정확하게 수행할 수 있는 영상 분석 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는, 상기 영상 분석 방법에 있어서, 도금부 검사, PSR부 검사 및 구멍 검사를 각각 수행할 수 있는 구체적인 알고리즘을 제시하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치는, 인쇄회로기판의 영상을 촬영하는 카메라; 미리 촬영된 기준 영상을 저장하는 템플릿 저장부; 상기 기준 영상을 기초로 상기 촬영된 영상의 기준 좌표를 설정함으로써 상기 촬영된 영상을 정렬하는 영상 정렬부; 및 상기 정렬된 영상을 상기 기준 영상과 비교하여 상기 인쇄회로기판 상의 패턴의 불량 여부를 검사하는 영상 검사부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치는, 행 및 열 방향으로 소정의 개수만큼 반복되는 복수의 단위 유닛들로 구성되는 인쇄회로기판을 대상으로 하며, 상기 인쇄회로기판을 촬영하는 카메라와, 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상으로부터 행 방향에 포함된 단위 유닛들에 관한 영상을 검사하기 위한 쓰레드를 형성하는 CPU와, 상기 형성된 쓰레드를 수용 가용한 범위 내에서 순차적으로 로딩하는 메모리를 포함하고, 상기 CPU는 상기 메모리 로딩된 쓰레드를 처리한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 인쇄회로기판의 광학 검사 방법은, 카메라에 의하여 인쇄회로기판의 영상을 촬영하는 단계; 미리 촬영되어 저장되어 있는 기준 영상을 제공하는 단계; 상기 기준 영상을 기초로 상기 촬영된 영상의 기준 좌표를 설정함으로써 상기 촬영된 영상을 정렬하는 단계; 및 상기 정렬된 영상을 상기 기준 영상과 비교하여 상기 인쇄회로기판 상의 패턴의 불량 여부를 검사하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른, 인쇄회로기판의 광학 검사 방법은, 행 및 열 방향으로 소정의 개수만큼 반복되는 복수의 단위 유닛들로 구성되는 인쇄회로기판을 대상으로 하며, 카메라에 의하여 상기 인쇄회로기판을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상으로부터 행 방향에 포함된 단위 유닛들에 관한 영상을 검사하기 위한 쓰레드를 형성하는 단계; 상기 형성된 쓰레드를 수용 가용한 범위 내에서 순차적으로 로딩하는 단계; 및 상기 CPU는 상기 메모리 로딩된 쓰레드를 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 인쇄회로기판에 대하여 도금부 검사, PSR부 검사 및 구멍 검사를 일괄적으로 하나의 공정으로 수행할 수 있어서 인쇄회로기판의 검사시간을 절감하여 공정 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인쇄회로기판에 대한 구체적인 영상 분석을 통하여 보다 높은 정확도로 불량 여부를 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명인 인쇄회로기판 검사 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 각각 제1차 정렬의 개념을 보여주는 도면이다.
도 5는 각각 제2차 정렬의 개념을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검사부의 세부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 7은 PSR부의 시프트 량을 판단하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 윈도우 펀치의 시프트 량을 판단하는 개념을 보여주는 도면들이다.
도 10은 리드에 대해 형상 검사를 수행하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 11은 리드의 폭을 따라가면서 영상의 실제 밝기를 표시한 그래프를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수점 단위의 화소 개수의 개념을 예시하는 도면이다.
도 13은 인쇄회로기판에 전체적으로 분포되어 있는 벤트 홀을 보여주는 도면이다.
도 14는 촬영 영상 내의 벤트 홀에 포함된 블럽들을 보여주는 도면이다.
도 15는 다중 쓰레드를 고려한 병렬 처리의 예를 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 인쇄회로기판(1)의 광학 검사 장치를 적용하기 위한 주변 장치의 구성의 일 예를 도시한 사시도이다.
제1 운반부(60)에 검사 대상이 되는 인쇄회로기판(1)이 놓여진다. 도 1에서는 나타나지 않았으나, 제1 운반부(60)를 관통하는 미세한 구멍이 다수 형성되어 있고, 제1 운반부(60)의 하단에서 상기 구멍들을 통해 공기를 흡입하는 진공펌프가 형성되어 있어, 인쇄회로기판(1)이 제1 운반부(60)의 표면에 밀착하여 움직이지 않도록 고정시킬 수 있다. 특히 이러한 밀착 고정은 검사를 위해 고배율의 렌즈로 사진을 촬영하는 경우 초점을 맞추는데 있어서도 필요하다.
제1 운반부(60)는 일방향으로 이동할 수 있는데, 예를 들어 리니어 모션 장치를 통해 이동할 수 있다. 즉, 리니어 모션 장치가 움직이는 속력 및 방향과 동일한 속력 및 방향으로 움직이게 된다.
제1 카메라(10)는 인쇄회로기판(1)의 상면을 활영하기 위한 것으로서 본 명세서의 도면에서 제시한 제1 카메라는 두 대(11, 13)를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 카메라(11, 13)와 인쇄회로기판의 사이에는 제1 조명(20)이 위치하여 있다. 제1 조명(21, 23) 역시 카메라의 대수에 대응하여 개수가 결정될 수 있다. 본 발명에서의 제1 카메라(11, 13)는 촬영을 위한 초점을 맞추기 위해 상하로 움직일 수 있다. 이와 같이 제1 카메라가 두 개로 구성된 것은 주어진 카메라의 성능 내에서 촬영되는 인쇄회로기판(10의 해상도를 높이기 위한 것으로 상황에 따라 하나의 카메라로 구성될 수도 있음은 물론이다.
제1 조명(20)은 검사하고자 하는 항목에 따라 다른 종류의 조명을 조사할 수 있다. 예를 들어 제1 조명(21 및 23) 각각은 인쇄회로기판(1) 상면에 대한 PSR부 검사와 도금부 검사를 수행할 경우에 각각 그에 적합한 주파수 및 광량을 가진 조명을 조사한다. 이렇게 PSR부 검사와 도금부 검사를 수행할 때 각각 다른 종류의 조명을 조사하여야 하는 이유는 각각의 조명들이 빛을 조사할 때 인쇄회로기판의 면으로부터 반사되거나 혹은 흡수되는 광을 이용하여 촬영이 이루어지기 때문으로서, 최적의 PSR부 촬영과 최적의 도금부 촬영이 이루어도록 하는 조명의 종류가 서로 다르기 때문이다.
제1 운반부(60)는 수평한 방향으로 왕복하여 움직인다. 제1 운반부(60)에 흡착 고정된 인쇄회로기판(1)은 먼저 좌측으로 한 번 이동하면서 PSR부 검사가 수행되는데, 이 때 제1 조명(21, 23)은 PSR부 검사에 적합한 조명을 조사하고, 이 상태에서 제1 카메라(11, 13)가 인쇄회로기판(1)의 상면을 촬영한다. 제1 운반부(60)는 검사항목인 도금부 검사를 수행하기 위해 다시 역방향으로 수평 이동한다. 그리고 제1 운반부(60)는 다시 왼쪽방향으로 이동하면서 도금부 검사를 수행하는데, 이 때 제1 조명(21, 23)은 도금부 검사에 적합한 조명을 조사하고, 이 상태에서 제1 카메라(11, 13)가 인쇄회로기판(1)의 상면을 촬영한다. 이렇게 제1 운반부(60)가 특정 방향으로 이동할 때마다 각각 다른 종류의 검사가 수행될 수 있다.
왕복운동을 통해 인쇄회로기판(1)의 상면에 대한 PSR부 검사 및 도금부 검사를 완료하게 되면, 제1 운반부(60)는 인쇄회로기판(1)을 제2 운반부(70)로 전달하기 위해 좌측 방향으로 더 이동한다. 이 때, 제2 운반부(70)에 인쇄회로기판(1)의 상면이 고정되는데 상기 제2 운반부(70)가 인쇄회로기판(1)을 고정시키는 방법 역시 공기의 흡착을 통해 이루어질 수 있다. 이 상태에서 인쇄회로기판(1)은 투과 조명(80)이 조사되고, 이 때 상기 투과 조명(80)과 반대쪽에 위치하는 별도의 카메라(30)에 의하여 인쇄회로기판(1)의 하면이 촬영된다. 이와 같이 촬영된 영상은 벤트 홀(vent hole)의 불량 여부 검사, 즉 투과 검사를 수행하기 위하여 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치(100)의 구성을 도시하는 블록도이다.
일 예로, 광학 검사 장치(100)는 메모리(105), CPU(110), 카메라(120), 영상 정렬부(130), 템플릿 저장부(140), 영상 검사부(150) 및 투과 검사부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
CPU(110)는 통상의 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로프로세서, 호스트 프로세서, 제어기, 복수의 프로세서들 또는 제어기들, 칩, 마이크로칩, 하나 이상의 회로, 회로소자, 로직 유닛, 집적 회로(IC), 애플리케이션 특유의 집적 회로(ASIC), 또는 임의의 다른 적합한 다용도의 또는 특정 용도의 프로세서 또는 제어기를 포함할 수 있다. 이러한 CPU(110)는 예컨대 광학 검사 장치(100)의 운영 체제(OS)(미도시 됨) 또는 다른 기능 블록들(130, 140, 150, 160)의 동작을 수행하기 위한 명령어들을 실행시킬 수 있다.
메모리(105)는 CPU(110)에 의하여 처리될 명령 집합의 단위인 쓰레드를 로딩하고 CPU(110)의 호출에 의하여 이를 제공한다. 메모리(105)는 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 동적 RAM(DRAM), 동기화 DRAM(SD-RAM), 플래시 메모리, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 캐시 메모리, 버퍼, 단기 기억 메모리 유닛, 장기 기억 메모리 유닛, 또는 다른 적합한 메모리 유닛 또는 저장 유닛을 포함할 수 있다.
카메라(120)는 전술한 바와 같이 인쇄회로기판(1)의 상면 또는 하면의 영상을 촬영한다. 카메라(120)는 도 1에서는 3개로 구성되는 것으로 하여 설명하였으나 이에 한하지 않고 촬영되는 인쇄회로기판(1)의 크기나 촬영되는 면의 수 등을 고려하여 하나 이상의 개수가 적절히 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(1)을 개략적으로 도시한 도면이다. 인쇄회로기판(1)은 크게 스트립 외곽 부분인 상단 영역(2) 및 하단 영역(3)과 나머지 중앙 영역(6)으로 구성된다. 상단 영역(2) 및 하단 영역(3)에는 예를 들면, 인쇄회로기판(1) 전체에 대한 정보를 기록한 부분, 오류 마크 표시부, 피듀셜 마크 등이 포함될 수 있다.
중앙 영역(6)은 동일한 회로 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 다수의 단위 유닛들(5)로 구성되는데, 이러한 단위 유닛들(5)은 가로 방향 및 세로 방향으로 소정의 개수만큼 반복하여 배치된다. 예를 들어, 가로 방향으로는 6개의 열과 세로 방향으로는 30개의 행으로 구성될 수 있다(통상적으로 행의 개수가 열의 개수보다 상당히 큼).
템플릿 저장부(140)는 미리 촬영된 기준 영상을 저장하며, 영상 정렬부(130) 및 영상 검사부(150)에 상기 기준 영상을 제공한다. 상기 기준 영상이란 오류가 없이 제작된 인쇄회로기판으로부터 촬영하여 미리 저장된 영상으로서, 실제로 검사 대상이 되는 인쇄회로기판(1)과의 비교를 위하여 사용된다. 템플릿 저장부(140)는 예컨대 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 콤팩트 디스크(CD) 드라이브, CD-ROM 드라이브, 디지털 비디오 디스크(DVD) 드라이브, 또는 다른 적합한 탈착 가능하거나 또는 탈착 불가능한 저장 유닛으로 이루어질 수 있다.
한편, 영상 정렬부(130)는 상기 기준 영상을 기초로 상기 촬영된 영상의 기준 좌표를 설정함으로써 상기 촬영된 영상을 정렬하는데, 구체적으로, 상기 영상 정렬부(130)는 상기 기준 영상의 피듀셜 마크와 상기 촬영된 영상의 피듀셜 마크의 매칭을 통하여 상기 촬영된 영상의 상기 기준 좌표를 구한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 영상 정렬부(130)는 상기 기준 영상의 전역 피듀셜 마크와 상기 촬영된 영상의 전역 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 제1차 정렬을 수행하고, 상기 기준 영상의 유닛 피듀셜 마크와 상기 촬영된 영상의 유닛 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 제2차 정렬을 수행할 수 있다. 이와 같이 2단계의 정렬 과정을 거치는 이유는, 우선 전체 인쇄회로기판(1)을 대상으로 전역 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 제1차 정렬을 수행한 후, 각각의 단위 유닛(5)을 대상으로 유닛 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 제2차 정렬을 수행함으로써 정렬 시간을 단축하기 위함이다. 즉, 넓은 범위에서 먼저 매칭을 수행한 후에 유닛 별로 개별 매칭을 수행함으로써 유닛 별로 바로 매칭했을 때 중복적으로 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
다음의 도 4 및 5는 각각 제1차 정렬 및 제2차 정렬의 개념을 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 좌측의 영상은 기준 영상이며, 우측의 영상은 실제 촬영된 인쇄회로기판(1)의 영상이다. 각각의 영상의 가장자리는 점선으로 표시되어 있다. 실제로, 도 1에서의 제1 운반부(60)에 흡착된 인쇄회로기판(1)의 위치는 작업시마다 달라질 수 있는데 이에 따라 촬영된 영상의 초기 위치가 항상 일치할 수는 없다.
기준 영상의 상단, 하단 부분과 촬영 영상의 상단, 하단 부분에는 각각 전역 피듀셜 마크(41, 42, 43, 44)가 표시되어 있는데, 이러한 전역 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 촬영 영상의 기준 좌표(또는 원점)(O1)를 기준 영상의 기준 좌표(O)와 일치시키는 것이 가능해진다. 상기와 같은 매칭의 구체적인 방법은 기준 영상의 전역 피듀셜 마크(41, 42)를 소정의 범위 내에서 이동시키면서 촬영 영상과의 차이를 비교하고, 그 차이가 최소가 되는(상관도가 최대가 되는) 지점을 매칭된 지점으로 판단하는 것이다.
도 4에서와 같은 제1차 정렬이 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이 단위 유닛간의 매칭을 통하여 제2차 정렬이 수행된다. 여기서도 마찬가지로, 기준 영상의 유닛 피듀셜 마크(45)와 촬영 영상의 유닛 피듀셜 마크(46)가 서로 매칭된다. 이와 같은 단위 유닛별 매칭 과정을 통하여, 기준 영상의 기준 좌표와 매칭되는 촬영 영상의 기준 좌표을 단위 유닛별로 찾을 수 있고 결국, 기준 영상과 촬영 영상 간의 매칭을 통한 정렬은 완료된다. 따라서, 영상 정렬부(130)에 의하여 정렬이 완료된 촬영 영상에서의 임의의 좌표는 기준 영상에서의 동일 좌표와 완전히 대응되는 위치라고 볼 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 영상 검사부(150)는 상기 정렬된 영상을 상기 기준 영상과 비교하여 상기 인쇄회로기판(1) 상의 패턴의 불량 여부를 검사한다. 상기 패턴이란 인쇄회로기판(1) 상의 도금부, PSR부 및 윈도우 펀치를 포함하는 개념이다. 특히, 영상 검사부(150)는 도 3에서 상단, 하단 영역(2, 3)과 같은 외곽부에서 불량이 발생되는 경우에는 인쇄회로기판(1)을 폐기 처분하고, 단위 유닛(5)에서 불량이 발생되는 경우에는 해당 단위 유닛(5)만 불량으로 처리할 수 있다. 즉, 단위 유닛(5) 불량의 경우에는 해당 단위 유닛만 불량으로 마킹될 수 있다.
보다 구체적으로, 영상 검사부(150)는 도 6에 도시된 바와 같이, 시프트 검사부(151)를 포함하고, 상태 검사부(152) 및 형상 검사부(153)를 더 포함할 수 있다.
시프트 검사부(151)는 촬영 영상의 기준 좌표를 기준으로 상기 인쇄회로 기판 상에 도포된 PSR부의 시프트 량 또는 상기 인쇄회로 기판 상에 천공된 윈도우 펀치의 시프트 량을 구할 수 있다. 이와 같이 시프트가 발생되는 이유는, 도금 공정, PSR 도포 공정 및 윈도우 펀치 천공 공정이 별도의 공정으로 이루어지기 때문이다. 예를 들어, 같은 도금 공정을 통하여 얻어진 피듀셜 마크와 리드(lead)나 볼(ball) 간에는 시프트가 발생될 여지가 없지만, 이것들과 PSR부나 윈도우 펀치간에는 시프트가 발생될 가능성이 높다.
도 7은 PSR부의 시프트 량을 판단하는 개념을 보여주는 도면이다. 이와 같이, 상기 PSR부의 시프트 량은 상기 기준 영상의 피듀셜 마크(47)의 크기와 상기 촬영된 영상의 피듀셜 마크(48)의 크기 간의 비교를 통하여 판단된다. 도 7에서, 도포되는 PSR부의 위치가 변경되면, 피듀셜 마크(47, 48)를 덮는 PSR부의 위치도 달라지기 때문에 기준 영상과 촬영 영상 간의 피듀셜 마크의 크기도 달라지는 것이다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 기준 영상에서의 십자 형태의 피듀셜 마크의 상하좌우 길이(a1, d1, b1, c1)가 촬영 영상에서의 피듀셜 마크의 상하좌우 길이(a2, d2, b2, c2)와 달라지게 되었다면, 이것은 곧 PSR부가 a1-a2 만큼 하향 시프트되고, c2-c1 만큼 우향 시프트되어 도포되었다는 것을 의미한다. 이와 같은 시프트 량이 소정의 임계치를 초과하게 되면 PSR부 도포의 불량으로 판단할 수 있는 것이다.
도 8 및 도 9는 윈도우 펀치의 시프트 량을 판단하는 개념을 보여주는 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 단위 유닛(5) 내에서 윈도우 펀치(51)의 시프트 량은 윈도우 펀치(51)를 둘러싸고 있는 리드들(52)에 의하여 형성되는 리드부(53)를 기준으로 판단될 수 있다.
구체적으로 도 9를 참조하면, 윈도우 펀치의 시프트 량은 상기 기준 영상(5a)에서의 리드부(53a)와 상기 윈도우 펀치(51a) 사이의 거리와, 상기 촬영된 영상(5b)에서의 리드부(53b)와 상기 윈도우 펀치(51b) 사이의 거리 간의 비교를 통하여 판단될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기준 영상(5a)에서의 거리(x1, y1)가 촬영 영상(5b)에서의 거리(x2, y2)와 달라지게 되었다면, 이것은 곧 윈도우 펀치가 x2-x1 만큼 하향 시프트되고, y1-y2 만큼 좌향 시프트되어 천공되었다는 것을 의미한다. 이와 같은 시프트 량이 소정의 임계치를 초과하게 되면 상기 윈도우 펀치의 불량으로 판단할 수 있는 것이다.
다시 도 6를 참조하면, 상태 검사부(152)는 검사 대상(예: 도금부 중 볼 영역, PSR부 등)의 상태를 검사한다. 그런데, 조명의 밝기나 주위 환경 등의 변화로 인하여 인쇄회로기판(1)이 촬영되는 조건은 항상 동일한 것은 아니다. 따라서, 동일한 대상에 대하여 촬영하더라도 촬영 영상의 밝기는 다를 수 있기 때문에 이러한 점을 고려하지 않고 일률적으로 불량 여부를 판단하게 되면 실제 불량이 아닌 경우를 불량으로 판단할 수가 있다. 따라서, 본 발명에서는 검사 대상이 촬영된 조명의 영향에 무관하도록 보정하는 과정을 사용한다. 즉, 상태 검사부(152)는 촬영 영상에 적용된 조명의 영향을 상쇄할 수 있도록 촬영된 영상을 보정한 후 검사 대상의 상태를 검사한다.
구체적으로, 상태 검사부(152)는 상기 기준 영상의 검사 마스크 내의 제1 영상과, 상기 촬영된 영상의 검사 마스크 내의 제2 영상을 추출한다. 그 후, 상기 제1 영상의 평균 밝기 및 상기 제2 영상의 평균 밝기 간의 차이를 이용하여 상기 제2 영상의 임계 범위를 보정한 후, 상기 보정된 검출 임계값을 기준으로 상기 제2 영상에서의 오류 영역을 판단한다. 여기서, 상기 검사 마스크란 특정 밝기 범위에 속하는 영역을 의미하는데, 전체적으로 0 내지 255 범위의 밝기 계조가 있다고 할 때, 상기 도금부는 100 내지 150으로 설정한다면 이 범위 내에 속하는 화소는 도금부라고 판단할 수 있다는 의미이다.
예를 들어, 도금된 볼(ball)의 구성하는 화소의 임계 범위가 80 내지 170으로 미리 설정되어 있다면, 검사 대상의 화소의 밝기가 80이하 이거나 190이상이면 이는 도금이 잘못된 부분으로 판정하게 될 것이다. 그런데, 기준 영상의 검사 마스크 내의 영상, 즉 제1 영상의 평균 밝기가 130이고, 촬영 영상의 검사 마스크 내의 영상, 즉 제2 영상의 평균 밝기가 110이라고 하면, 그 차이가 20이므로 상태 검사부(152)는 상기 임계 범위를 20만큼 낮추어 60 내지 150으로 보정한다. 그리고, 제2 영상에 속하는 각각의 화소를 상기 보정된 임계 범위를 기준으로 판단하여 60보다 작거나 150보다 큰 화소를 오류 부분, 즉 도금이 잘못된 부분으로 판단하게 된다.
상태 검사부(152)는 이와 같은 방식으로 조명에 영향을 최소화하면서 검사 대상의 오류 여부를 판단할 수 있게 된다. 결국, 상태 검사부(152)는 이와 같은 판단을 통하여 얻어진 오류 영역의 크기 및 개수를 기준으로 상기 검사 대상의 불량 여부를 판단할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 형상 검사부(153)는 상기 촬영된 영상 내의 검사 대상의 형상이 적합한지를 검사한다. 형상 검사부(153)에서 검사하는 검사 대상은 주로 도금부 중에서도 리드 부분이다.
도 10은 리드(52)에 대해 형상 검사를 수행하는 개념을 보여주는 도면이다. 리드(52)는 주로 폭이 적절하게 형성되어 있는가가 주안점이므로 리드(52)를 그것이 형성된 방향으로 따라가면서 반복적으로 폭을 측정하면서 불량 여부를 판단할 필요가 있다. 도 10에서는 종방향으로 이동하면서 소정의 간격으로 리드(52)의 폭(w1, w2, ... wm) 을 측정하는 과정을 보여준다. 그런데, 카메라의 해상도가 리드의 폭에 비하여 충분히 높다면 상관없겠지만, 카메라의 해상도가 부족하거나, 리드의 폭이 매우 미세한 경우에는 이러한 폭은 몇개의 화소 개수에 불과한 경우가 발생한다. 이러한 경우에는, 특정 화소는 도금부라고 판단되거나 도금부가 아니라고 판단될 것이므로 리드의 폭은 2나 3과 같이 정수로 표시될 수 밖에 없는데 이 결과로 리드의 불량 여부를 판단하는 것은 불가능하다.
도 11을 참조하면 이러한 문제가 보다 명확하게 이해될 수 있다. 도 11의 그래프는 리드의 폭을 따라가면서 영상의 실제 밝기를 표시한 것이다(매우 높은 해상도를 가진 경우로서 연속적으로 표시됨). 이 경우 구간 p3는 도금 부분으로 판단하고, p1 및 p5는 도금이 없는 부분으로 판단할 수 있음은 분명하다. 문제는 p2나 p4와 같이 리드의 경계 부분인데 여기서는 일도양단식으로 도금부 여부를 판단하기 어려우며, 특히 낮은 해상도도 촬영된 경우에는 더욱 그러하다.
따라서, 본 발명에서는 정수 단위가 아닌 소수점 단위의 화소 개수라는 개념을 도입한다. 구체적으로, 형상 검사부(153)는 상기 촬영된 영상 내의 검사 대상의 폭을 구성하는 화소들의 밝기의 범위에 따라 상기 검사 대상의 폭을 소수점 정밀도로 계산한다. 즉, 상기 형상 검사부(153)는 상기 화소들 각각에 대하여 소수점 정밀도를 갖는 화소 크기를 할당하고, 상기 할당된 화소의 크기를 합산함에 의하여 상기 검사 대상의 폭을 계산한다.
예를 들어, 도 12와 같은 해상도(화소 위치가 점으로 표시됨)를 갖는 영상에 대하여 본 발명에서 제안하는 소수점 단위의 화소 개수의 개념을 적용하면, 우선, 밝기를 일도양단식이 아니라 복수의 범위로 나누어 그에 따른 화소의 소수점 크기를 할당한다. 도 12에서는, k1 이상의 밝기에는 1.0 화소를, k1에서 k2 사이의 밝기에는 0.8 화소를, k2에서 k3 사이의 밝기에는 0.6 화소를, k3에서 k4 사이의 밝기에는 0.4 화소를, k4에서 k5 사이의 밝기에는 0.2 화소를, 그리고 k5 이하의 밝기에는 0.0 화소를 각각 적용하였다.
이 경우 해당 리드의 폭을 계산하면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112011019262253-pat00001
수학식 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따르면 리드의 폭은 부동 소수점 형태로 표시될 수 있기 때문에 리드 폭에 비하여 다소 낮은 해상도의 카메라가 사용된 경우에도 보다 정확하게 리드 폭에 대한 검사를 수행할 수 있게 된다. 형상 검사부(153)는 이와 같은 계산을 상기 검사 대상의 폭과 수직인 방향으로 반복하여 수행한다.
다시 도 2를 참조하면, 투과 검사부(160)는 상기 기준 영상과 상관없이 상기 인쇄회로기판에 형성된 벤트 홀(vent hole)의 불량 여부를 검사한다. 즉, 영상 검사부(150)가 템플릿 저장부(140)에 저장된 기준 영상을 참조하여 검사를 수행하였던 점에 비하여, 투과 검사부(160)는 기준 영상의 참조 없이 촬영된 영상 자체만으로 벤트 홀 검사를 수행한다. 또한, 영상 검사부(150)가 반사형 조명을 이용하여 촬영된 영상을 이용하였던 데에 비하여, 투과 검사부(160)는 투과형 조명을 이용하여 촬영된 영상을 이용한다.
도 13은 인쇄회로기판(1)에 전체적으로 분포되어 있는 벤트 홀(55)을 보여준다. 투과 검사부(160)는, 촬영된 영상에서 발견되는 벤트 홀에 포함된 블럽(blob)의 숫자 및 크기를 기준으로 상기 벤트 홀의 불량 여부를 검사한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 벤트 홀에는 다양한 크기 및 개수의 블럽이 존재할 수 있다. 투과 검사부(160)는 상기 블럽의 크기가 소정의 임계값을 넘는 경우가 하나라도 존재하거나, 임계값을 넘는 블럽이 존재하지 않더라도 그 수가 소정의 개수를 넘는 경우에는 상기 벤트 홀(55)을 불량으로 판단한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 광학 검사 장치(100)는 다중 쓰레드(multi-thread)를 고려하여 병렬 처리를 지원하도록 구성될 수 있다.
광학 검사 장치(100)는 행(row) 및 열(column) 방향으로 소정의 개수만큼 반복되는 복수의 단위 유닛들로 구성되는 인쇄회로기판(1)을 대상으로 한다. 다만, 인쇄회로기판(1)에는 반복성이 없는 상단부(2) 및 하단부(3)가 포함되어 있으므로 상기 상, 하단부(2, 3)가 가장 먼저 처리된 후 반복성이 있는 단위 유닛이 처리된다.
구체적으로, 광학 검사 장치(100)는 인쇄회로기판을 촬영하는 카메라(120)와, 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상으로부터 행 방향에 포함된 단위 유닛들에 관한 영상을 검사하기 위한 쓰레드(thread)를 형성하는 CPU(110)와, 상기 형성된 쓰레드를 수용 가용한 범위 내에서 순차적으로 로딩하는 메모리(105)를 포함하며, 상기 CPU(110)는 상기 메모리 로딩된 쓰레드를 처리하되, 상기 메모리에 로딩된 쓰레드 중에서 처리가 완료된 쓰레드가 있으면, 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상에서 새로운 행 단위로 쓰레드를 형성하여 상기 메모리(105)에 제공한다.
도 15는 다중 쓰레드를 고려한 병렬 처리의 예를 보여주는 도면이다. 예를 들어, 메모리(105) 및 CPU(110)의 성능상 4개의 쓰레드가 동시에 처리될 수 있다고 가정할 때, 전체 30개의 행 중에서 최초 4개의 행에 각각 대응되는 4개의 쓰레드가 먼처 처리된다. 이러한 쓰레드의 처리 중에 만약, 쓰레드 3이 먼저 처리된다고 하면, 그 다음 5번째 행에 대응되는 쓰레드가 다시 메모리(105)에 로딩되며, 이러한 과정을 반복하여 총 30개의 쓰레드가 모두 처리된다.
이와 같은 병렬 처리는 행 단위로 동일한 패턴이 반복되는 인쇄회로기판(1)의 특성상 가능한 것이며, 특히 CPU가 다중 코어 프로세서일 때 보다 바람직한 성능을 나타낼 수 있지만, 반드시 이에 한하지는 않고 단일 코어 프로세서에서도 적용이 가능하다(도 15에서 CPU1 내지 CPU4는 물리적 구분이 아닌 개념적 구분임).
지금까지 도 2 및 도 6의 각 구성요소는 소프트웨어(software) 또는, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)를 의미할 수 있다. 그렇지만 상기 구성요소들은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 어드레싱(addressing)할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 상기 구성요소들 안에서 제공되는 기능은 더 세분화된 구성요소에 의하여 구현될 수 있으며, 복수의 구성요소들을 합하여 특정한 기능을 수행하는 하나의 구성요소로 구현할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
100: 광학 검사 장치 105: 메모리
110: CPU 120: 카메라
130: 영상 정렬부 140: 템플릿 저장부
150: 영상 검사부 151: 시프트 검사부
152: 상태 검사부 153: 형상 검사부
160: 투과 검사부

Claims (17)

  1. 인쇄회로기판의 영상을 촬영하는 카메라;
    미리 촬영된 기준 영상을 저장하는 템플릿 저장부;
    상기 기준 영상을 기초로 상기 촬영된 영상의 기준 좌표를 설정함으로써 상기 촬영된 영상을 정렬하는 영상 정렬부; 및
    상기 정렬된 영상을 상기 기준 영상과 비교하여 상기 인쇄회로기판 상의 패턴의 불량 여부를 검사하는 영상 검사부를 포함하고,
    상기 영상 검사부는
    상기 기준 영상의 검사 마스크 내의 제1 영상과, 상기 촬영된 영상의 검사 마스크 내의 제2 영상을 추출하고, 상기 제1 영상의 평균 밝기 및 상기 제2 영상의 평균 밝기 간의 차이를 이용하여 상기 제2 영상의 임계 범위를 보정하며, 상기 보정된 검출 임계값을 기준으로 상기 제2 영상에서의 오류 영역을 판단하는 상태 검사부를 더 포함하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 영상과 상관없이 상기 인쇄회로기판에 형성된 벤트 홀(vent hole)을 검사하는 제2 검사부를 더 포함하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 제2 검사부는
    상기 벤트 홀에 포함된 블럽(blob)의 표시를 기준으로 상기 벤트 홀의 불량 여부를 검사하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 영상 정렬부는
    상기 기준 영상의 피듀셜 마크와 상기 촬영된 영상의 피듀셜 마크의 매칭을 통하여 상기 촬영된 영상의 상기 기준 좌표를 구하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 영상 정렬부는
    상기 기준 영상의 전역 피듀셜 마크와 상기 촬영된 영상의 전역 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 제1차 정렬을 수행하고,
    상기 기준 영상의 유닛 피듀셜 마크와 상기 촬영된 영상의 유닛 피듀셜 마크 간의 매칭을 통하여 제2차 정렬을 수행하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 영상 검사부는
    상기 기준 좌표를 기준으로 상기 인쇄회로 기판 상에 도포된 PSR부의 시프트 량 또는 상기 인쇄회로 기판 상에 천공된 윈도우 펀치의 시프트 량을 구하는 시프트 검사부를 포함하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 PSR부의 시프트 량은
    상기 기준 영상의 피듀셜 마크의 크기와 상기 촬영된 영상의 피듀셜 마크의 크기 간의 비교를 통하여 판단되는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 윈도우 펀치의 시프트 량은
    상기 기준 영상에서의 리드부와 상기 윈도우 펀치 사이의 거리와, 상기 촬영된 영상에서의 리드부와 상기 윈도우 펀치 사이의 거리 간의 비교를 통하여 판단되는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서, 상기 상태 검사부는
    상기 오류 영역의 크기 및 개수를 기준으로 상기 검사 마스크에 포함된 검사 대상의 상태를 검사하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 영상 검사부는
    상기 촬영된 영상 내의 검사 대상의 폭을 구성하는 화소들의 밝기의 범위에 따라 상기 검사 대상의 폭을 소수점 정밀도로 계산하는 형상 검사부를 더 포함하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 형상 검사부는
    상기 화소들 각각에 대하여 소수점 정밀도를 갖는 화소 크기를 할당하고, 상기 할당된 화소의 크기를 합산함에 의하여 상기 검사 대상의 폭을 계산하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 형상 검사부는
    상기 검사 대상의 폭과 수직인 방향으로 상기 계산을 반복하여 수행하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  14. 행 및 열 방향으로 소정의 개수만큼 반복되는 복수의 단위 유닛들로 구성되는 인쇄회로기판의 광학 검사 장치로서,
    상기 인쇄회로기판을 촬영하는 카메라와,
    상기 촬영된 인쇄회로기판 영상 상의 상단과 하단 영역에 대한 불량 여부를 검사하는 영상 검사부와
    상기 상단과 하단 영역에 불량이 없을 경우, 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상으로부터 행 방향에 포함된 단위 유닛들에 관한 영상을 검사하기 위한 쓰레드(thread)를 형성하는 CPU와,
    상기 형성된 쓰레드를 수용 가용한 범위 내에서 순차적으로 로딩하는 메모리를 포함하고,
    상기 CPU는 상기 메모리 로딩된 쓰레드를 처리하고,
    상기 상단과 하단 영역에는 상기 인쇄회로기판에 대한 정보를 기록한 부분, 오류 마크 표시부, 피듀셜 마크 중 적어도 하나의 정보가 포함되어 있는 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 CPU는
    상기 메모리에 로딩된 쓰레드 중에서 처리가 완료된 쓰레드가 있으면, 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상에서 새로운 행 단위로 쓰레드를 형성하여 상기 메모리에 제공하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 장치.
  16. 카메라에 의하여 인쇄회로기판의 영상을 촬영하는 단계;
    미리 촬영되어 저장되어 있는 기준 영상을 제공하는 단계;
    상기 기준 영상을 기초로 상기 촬영된 영상의 기준 좌표를 설정함으로써 상기 촬영된 영상을 정렬하는 단계; 및
    상기 정렬된 영상을 상기 기준 영상과 비교하여 상기 인쇄회로기판 상의 패턴의 불량 여부를 검사하는 단계를 포함하고,
    상기 인쇄회로기판 상의 패턴의 불량 여부를 검사하는 단계는
    상기 기준 영상의 검사 마스크 내의 제1 영상과, 상기 촬영된 영상의 검사 마스크 내의 제2 영상을 추출하고, 상기 제1 영상의 평균 밝기 및 상기 제2 영상의 평균 밝기 간의 차이를 이용하여 상기 제2 영상의 임계 범위를 보정하며, 상기 보정된 검출 임계값을 기준으로 상기 제2 영상에서의 오류 영역을 판단하는 단계를 더 포함하는, 인쇄회로기판의 광학 검사 방법.
  17. 행 및 열 방향으로 소정의 개수만큼 반복되는 복수의 단위 유닛들로 구성되는 인쇄회로기판의 광학 검사 방법으로서,
    카메라에 의하여 상기 인쇄회로기판을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상 상에서 상단과 하단 영역에 대한 불량 여부를 검사하는 단계;
    상기 상단과 하단 영역에 불량이 없을 경우, CPU에 의해 상기 촬영된 인쇄회로기판의 영상으로부터 행 방향에 포함된 단위 유닛들에 관한 영상을 검사하기 위한 쓰레드(thread)를 형성하는 단계;
    메모리에 의해 상기 형성된 쓰레드를 수용 가용한 범위 내에서 순차적으로 로딩하는 단계; 및
    상기 CPU는 상기 메모리 로딩된 쓰레드를 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 상단과 하단 영역에는 상기 인쇄회로기판에 대한 정보를 기록한 부분, 오류 마크 표시부, 피듀셜 마크 중 적어도 하나가 포함되어 있는 인쇄회로기판의 광학 검사 방법.
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